Внутреннее строение Солнца

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 300.

Солнце — ближайшая к Земле звезда, которая своим теплом обеспечивает существование жизни на нашей планете. Откуда берется эта огромная энергия? Познакомимся со внутренним строением и источником энергии Солнца.

Солнце как звезда главной последовательности

Как известно из курса физики в 11 классе, звезды образуются в результате гравитационного сжатия облаков межзвездного газа. Наиболее распространенным элементом во Вселенной является водород, поэтому Солнце, как и все остальные звезды, в момент образования состояло в основном из водорода.

Рис. 1. Распространенность элементов во Вселенной.

По мере гравитационного сжатия плотность Солнца возрастала, температура в ядре тоже. Этот процесс продолжался до тех пор, пока кинетической энергии ядер водорода в центре Солнца не стало хватать для сливания в ядра гелия. Такой процесс начинается, когда температура достигает миллионов кельвинов, и он проходит с большим выделением энергии, поэтому после «зажигания» реакции сливания ядер водорода в ядра гелия звезда начинает светиться. Кроме того, появляется сила, которая уравновешивает силу гравитации. Звезда приходит в состояние гидростатического равновесия, занимает свое место на диаграмме Герцшпрунга — Рассела, и находится там некоторое количество времени. Для Солнца этот период составляет 8–10 млрд лет. И в данный момент половина этого периода уже пройдена.

Строение Солнца

Итак, Солнце — это огромный шар из водорода, образовавшийся в результате гравитационного сжатия. Температура на поверхности солнца — около 6000 К. Тело, нагретое до такой температуры, начинает светиться, причем максимум излучения приходится на желто-зеленую часть спектра.

Энергия, требующаяся для поддержания такой температуры, производится в центре Солнца в результате термоядерных реакций. В настоящее время построена достаточно точная модель Солнца, и расчеты показывают, что температура в его центре достигает $1.5×10^7K$, а плотность составляет $1.5×10^5$ килограмм на кубический метр (средняя плотность Солнца в сто раз меньше). В таких условиях ядра водорода сливаются в ядра гелия. Поэтому в центре Солнца со временем процент гелия увеличивается.

По мере удаления от центра плотность и температура падают, и на расстоянии приблизительно 0,3 радиуса Солнца их уже не хватает для поддержания термоядерной реакции. Эта величина и принята за размер солнечного ядра.

Вся энергия, выработанная в ядре, переносится к поверхности Солнца. Происходить это может двумя способами: путем излучения и путем конвекции (перемешивания слоев газа различной температуры).

Внутреннее строение Солнца таково, что в зоне близко к ядру вещество имеет слишком большую плотность, и перемешивание здесь затруднено. Поэтому на расстояниях 0,3–0,7 солнечного радиуса энергия переносится в основном излучением, а далее — в основном конвекцией.

То есть кванты энергии, выделившиеся в ядре, начинают движение к поверхности Солнца. Они многократно сталкиваются с ядрами водорода и электронами, поглощаются и снова переизлучаются, доходят до зоны конвективного переноса, где энергия в основном переносится уже тепловым движением ядер и электронов, и, наконец, на поверхности энергия снова выделяется в виде излучения.

Весь путь квантов энергии от выделения в ядре до излучения на поверхности занимает в среднем 10 млн лет. Поэтому энергия, которая греет Землю сейчас, была выработана в ядре Солнца еще тогда, когда не существовало не только человека, но даже человекообразных обезьян: первые из них появились 6,5 млн лет назад.

Что мы узнали?

Солнце — это огромный шар, состоящий из водорода. В центре температура и давление настолько высоки, что там идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Энергия, выделившаяся при этом, постепенно выходит на поверхность Солнца, сперва в основном с помощью излучения атомов водорода, а ближе к поверхности — путем конвекции.